化學反應工程

1、一、 緒論1 研究對象是工業(yè)反應過程或工業(yè)反應器研究目的是實現(xiàn)工業(yè)反應過程的優(yōu)化2 決策變量：反應器結(jié)構(gòu)、操作方式、工藝條件3 優(yōu)化指標技術(shù)指標：反應速率、選擇性、能耗掌握轉(zhuǎn)化率、收率與選擇性的概念反應器型式操作方式操作條件工程因素TC反應結(jié)果r，b工程問題動力學問題4 工程思維方法二、化學反應動力學1. 反應類型：簡單反應、自催化、可逆、平行、串聯(lián)反應基本特征、分析判斷2. 化學反應速率的工程表示3. 工業(yè)反應動力學規(guī)律可表示為：a) 濃度效應n 工程意義是：反應速率對濃度變化的敏感程度。b) 溫度效應E工程意義是：反應速率對溫度變化的敏感程度。已知兩個溫度下的反應速率常數(shù)k，可以按下式計算

2、活化能E：Ecal/mol，j/molTKR = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K三、PFR與CSTR基本方程1. 理想間歇：2. 理想PFR： 3. CSTR： 4. 圖解法0 xAf xA/cA0四、簡單反應的計算n=1,0,2級反應特征濃度、轉(zhuǎn)化率、反應時間關(guān)系式PFRCSTR，CSTRPFR基本關(guān)系式PFR（間歇）CSTRn=0n=1n=2五、可逆反應 A Pk1k2123TxAT溫度效應：濃度效應：PFR積分式CSTR：由基本方程導出六、平行反應P（主反應）k1S（副反應）k2A， 溫度效應：溫度升高有利于活化能大的反應濃度效應：濃度升高有利于級數(shù)大的反應

3、計算：由基本方程PFR、CSTR推出反應器選型與組合優(yōu)化：CA曲線對應面積=CPXA曲線對應面積=CP/CA0最優(yōu)加料方式：p163-164平行反應 P A+B S 七、串聯(lián)反應k1k2A P S溫度效應：溫度升高有利于活化能大的反應（同平行反應）濃度效應：凡是使增大的因素對串連反應選擇率總是不利的。串聯(lián)反應的計算PFRCSTR物料衡算 串聯(lián)反應的最優(yōu)反應時間、轉(zhuǎn)化率與最大收率 PFRCSTR 八、自催化反應AP PP反應器組合優(yōu)化九、變分子反應空速SV的物理意義與因次膨脹率的定義 膨脹因子的物理含義變分子反應中停留時間t與空時的大小關(guān)系十、循環(huán)反應器的計算十一、返混1. 不同年齡的物料相互之

4、間的混合返混（CSTR）相同年齡的物料相互之間的混合混合（間歇反應器）2. 返混的起因：空間上的反向流動不均勻的速度分布3. 返混的結(jié)果：反應器內(nèi)的濃度變化（）4. 改善措施：分割橫向分割和縱向分割5. 和含義6. 數(shù)學期望與方差無因次方差7. CSTR PFR 和8. 固相反應的計算9. 微觀混合對反應結(jié)果的影響(1) 大于一級的反應，上凹曲線，不利(2) 小于一級的反應，下凹曲線，有利(3) 一級反應的情況，線性關(guān)系，無關(guān)十二、外部傳遞過程與內(nèi)部傳遞過程 內(nèi) 容 外 部 傳 遞 過 程 內(nèi) 部 傳 遞 過 程 與反應的關(guān)系 串 連 過 程 串-并 連 過 程 傳 遞 準 數(shù) 濃度、 溫度關(guān)

5、 系 效 率 因 子當n=1時，當n=1時判別方法計 算 方 法當<1,>5,外部傳遞阻力起控制作用。準數(shù)判斷。當準數(shù)，外部阻力影響消除。當<1,，當時，內(nèi)部阻力影響嚴重。用實驗準數(shù)來判斷。當準數(shù)，內(nèi)部傳遞阻力無影響；當準數(shù)，內(nèi)部傳遞阻力嚴重。實 驗 方 法SV不變，改變氣速或轉(zhuǎn)速，測定反應速率的變化。保持實驗條件不變，改變催化劑顆粒直徑，測定反應速率的變化。表觀動力學 法說明外部傳遞阻力起控制作用。說明內(nèi)部傳遞阻力影響嚴重。 溫 度 狀 態(tài) 改 變 措 施增大操作線速度雙孔結(jié)構(gòu)，擴孔措施等。絕熱溫升工程因素返混外擴散內(nèi)擴散T反應場所C反應結(jié)果r，b工程問題動力學問題十四、工程思維方法的分析與應用十五、熱量傳遞與反應器的熱穩(wěn)定性1. 定態(tài)條件熱穩(wěn)定條件 2. 放熱曲線與移熱曲線，